前言

近年来，国家逐渐意识到以牺牲环境为代价换来的经济增长是不可取的，虽然国家在1994年提出可持续发展战略，但是直到2003年提出科学发展观才真正对于环境污染的防治开始高度重视。纵观污水处理的方法，主要有物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法、催化电解、膜技术等。随着光催化技术研究的不断深入，光催化技术的优势日益凸显出来，即可直接利用太阳光将有机污染物彻底矿化，无须消耗其他能源，不产生二次污染，开发成本低。尽管光催化技术在环境净化领域极富吸引力和应用前景，但是经过40多年的研究，光催化技术仍难以实现高效廉价的转化。究其原因主要有以下三点：一方面，目前的研究主要集中在TiO ₂ 等宽带隙半导体上，仅在紫外光范围响应，而400nm以下的紫外光部分占太阳光总能量不足5％ ^［1］，太阳光能量主要集中在400～700nm的可见光，对太阳光能的利用率较低，因而开发可见光响应甚至可以利用红外光的新型光催化剂是提高太阳光能利用率、实现光催化技术产业化的关键；另一方面，光催化过程中量子效率太低，光催化的活性与光生载流子的数量密不可分，TiO ₂ 中光诱导产生的电子和空穴不能及时迁移至表面参与氧化还原反应，比较容易复合，导致光转化为化学能的效率较低，因而设计有利于光生载流子的产生、分离和迁移的光催化剂具有重要意义；另外，目前的光催化剂的尺寸大多为纳米级别，给催化剂的分离和回收带来极大的不便。基于以上分析，寻找具有可见光响应同时具有较高的光生载流子分离效率和较好的光催化剂分离效果的高效、稳定、低廉的新型光催化材料成为目前光催化研究领域最重要的课题，也是光催化技术商业化开发的前提。如何提升光催化剂的光催化效率和分离效率是今后光催化研究中亟待解决的重要课题。

本书以可见光光催化材料为主要对象，总结了作者近几年在提升光催化材料的可见光光催化性能和分离效率方面的工作。通过设计并合成了α－Bi ₂ O ₃ ／γ－Bi ₂ O ₃ 同质结来大幅提升材料的光吸收范围和光生载流子的分离效率，以此来提高材料的光催化降解性能；研究片状Bi ₂ MoO ₆ 在蓝光LED灯下与H ₂ O ₂ 之间的协同效应和光催化过程中的活性物种来探索光催化机理，为室内光催化的开展提供数据支持；通过设计核壳结构的NaYF ₄ ∶Yb，Er/Bi ₂ MoO ₆ 上转换发光复合光催化剂来进一步提升Bi ₂ MoO ₆ 对太阳光能的利用效率和光催化性能；探索使用电纺丝技术合成了三元化合物Bi ₂ MO ₆ （M＝Mo，W）纤维，在保证性能的前提下，实现光催化剂的分离，研究前驱体浓度、烧结温度和高聚物比例对Bi ₂ MO ₆ （M＝Mo，W）纤维形貌、分离性能及样品的光催化性能的影响；同时探索并合成了磁场下可快速分离的磁性ZnFe ₂ O ₄ 八面体，样品具有超顺磁性，5min内可在磁场下彻底分离，以期在尽量保持高的光催化性能的基础上，实现光催化剂和污水间的快速分离。

人们希望能够找到光响应范围较宽、电荷分离效率高、能充分吸收利用太阳光的高效可分离光催化剂，这种需求随着环境的日益恶化变得越来越迫切。本书通过设计异质结、耦合高级氧化技术和拓宽光谱响应来提高光催化剂的光催化效率，通过研究电纺丝技术和磁性材料来探讨光催化剂的分离问题。希望本书能够为光催化领域的科研工作者助益。